[发明专利]一种固体氧化物燃料电池的薄膜电极的测试设备及方法

说明书

一种固体氧化物燃料电池薄膜电极的测试设备与方法，属于电化学测试领域。该设备包括高温热台、欧姆仪、电化学工作站、集流层喷涂模具和探针测试部件。集流层喷涂模具包括玻璃底板、卡位片和镂空掩片；探针测试部件包括折角探针和平面螺旋探针；所述方法包括电学测试和电化学测试，可根据具体测试需求使用测试探针组合对薄膜电极进行测试。本发明可以实现600‑1000℃温度范围内薄膜电极电学、电化学性能的快速精准测试，具有测试精确、效率高、节省空间等特点。

技术领域

本发明属于电化学测试领域，尤其适用于中高温环境下薄膜材料的电化学性能测试。

背景技术

中高温固体氧化物燃料电池是一种在600-1000℃温度范围内直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能的全固态化学发电装置，由于其具有环境友好、能源转换效率高、能源接入灵活、适应性强和有成本竞争力等优势被广泛认为是一种很有发展前景的能源转换技术。作为固体氧化物燃料电池的重要构成部分，阴极为氧还原反应提供了电化学反应的场所，阴极材料的优化是影响燃料电池性能和进一步开发的关键环节。因此，对阴极材料性能的客观评价和反应机理的深入研究具有重要意义。

利用脉冲激光沉积、分子束外延和化学气相沉积等方法制备致密外延薄膜阴极可以对其材料成分和结构进行有效精准控制，可以排除多孔材料形貌的影响进行本征动力学及表界面离子行为的研究，便于阴极材料结构的优化调控和性能的进一步提升。作为薄膜电极材料研究的必要环节，电化学性能的测试评估极为重要，但在中高温下薄膜电极性能的精准测试方面还存在以下两个方面的挑战。首先，目前商用的微探针加热平台(后文中简称“热台”)通常在600℃及以下温度运行，难以满足中高温固体氧化物阴极薄膜材料的测试需求，而能在600℃以上运行的高温热台，通常不配备用于电化学性能测试的探针；此外，由于薄膜材料体积很小，其厚度仅为纳米级、表面仅为微米级，但测试精度要求非常高，需要对薄膜电极表面进行精准加工以提高其电子传输性能，确保电化学测试中相关反应的有效进行。

为了应对上述挑战，本专利提出了一种固体氧化物燃料电池的薄膜电极的测试设备与方法，测试设备包括自主设计的集流层喷涂模具和探针测试部件等，测试方法包括使用自主设计的集流层喷涂模具对薄膜电极进行预处理，安装样品，然后使用测试探针组合对薄膜电极进行测试，可以实现600-1000℃温度范围内薄膜电极电学、电化学性能的快速精准测试。

发明内容：

本发明的目的是提出一种固体氧化物燃料电池的薄膜电极的测试设备及方法，以实现600-1000℃温度范围内薄膜电极的电学及电化学性能的快速精准测试。

本发明的技术方案如下：

一种固体氧化物燃料电池的薄膜电极测试设备，包括高温热台、喷金罐、欧姆仪和电化学工作站，在所述的高温热台内部设有微型加热腔，微型加热腔两侧各有一个金属夹具；其特征在于，所述测试设备还包括集流层喷涂模具和探针测试部件；所述集流层喷涂模具包括玻璃底板、卡位片和镂空掩片；所述的卡位片位于玻璃底板上方，在卡位片上设置有大小不同的卡位孔，卡位片与玻璃底板之间采用可拆卸的连接结构；所述镂空掩片设置在卡位片的上方，并通过导电胶固定在卡位片上；所述镂空掩片包括梳状形镂空掩片和长条形镂空掩片；所述探针测试部件包括折角探针和平面螺旋探针。

上述技术方案中，优选地，所述折角探针的弯折角度在90-120°范围内，其长柄部分为20-30mm，弯折部分为10-15mm；所述平面螺旋探针由长柄部分、垂直部分和螺旋测试部分组成，其长柄部分的长度为20-30mm；垂直部分长度为10-15mm；螺旋测试部分为同一平面内的多层螺旋组成。更优选地，所述螺旋测试部分为三层螺旋，最外层直径约10-12mm，中间层直径为6-8mm，最内层直径2-4mm。

上述技术方案中，所述梳状形镂空掩片的镂空部分为梳状，梳柄一侧有平行排列的梳齿；所述长条形镂空掩片的镂空部分为两个平行的长条形区域。